论文部分内容阅读
超磁致伸缩材料作为一种新型材料，根据其磁致伸缩效应而设计的传感器越来越受到研究人员的重视，本文针对超磁致伸缩材料在磁场测量方面的特点，将磁致伸缩材料与悬臂梁结构结合起来，并研究其测量磁场的性能。
本文针对镀有超磁致伸缩薄膜的悬臂梁（以下简称镀膜悬臂梁）在磁场下的静挠曲与谐振频率进行了理论分析与推导，推导出其静挠曲、谐振频率与磁场强度、磁致伸缩系数的关系公式。并得出镀膜悬臂梁静挠曲工作模式与谐振工作模式下磁场测量的灵敏度公式。通过ANSYS有限元仿真软件对一端固定的镀膜悬臂梁进行仿真，其结构尺寸为：长8000μm，宽800μm，超磁致伸缩薄膜厚30μm，衬底悬臂梁厚100μm，得到其静挠曲工作模式下磁场测量的平均灵敏度为0.283μm/(kA/m)，其谐振工作模式下磁场测量的平均灵敏度为4.890Hz/(k A/m)，最大灵敏度为9.500Hz/(kA/m)。
本文利用磁控溅射方法制备镀膜悬臂梁，制备时的工艺参数为溅射气压0.5Pa，基片温度20℃，溅射功率300W，溅射时间25h，并对其进行真空热处理。所得到的镀膜悬臂梁尺寸为：长85mm，宽5mm，衬底悬臂梁厚128μm，超磁致伸缩薄膜厚6μm。对制备完成的镀膜悬臂梁的静挠曲与谐振频率进行实验测量，由于测量时需要将其一端固定，因此实际测量长度为76mm，利用电容法测量其在磁场下的静挠曲与谐振频率。根据测量得到的静挠曲的量，可计算出所制备的超磁致伸缩薄膜的磁致伸缩系数，最后得到镀膜悬臂梁静挠曲工作模式下磁场测量的平均灵敏度为2.010μm/(kA/m)，最高灵敏度为2.818μm/(kA/m)。而测量得到的谐振频率在磁场强度为0(kA/m)至5(kA/m)时，出现了随着磁场强度的增大而下降的现象，这是由于△E效应所导致的。最后得到镀膜悬臂梁谐振工作模式下磁场测量的灵敏度：磁场强度范围在0(kA/m)到5(kA/m)之间的平均灵敏度为0.006Hz/(kA/m)；磁场强度在5(kA/m)以上的平均灵敏度为0.217Hz/(kA/m)。
本文针对镀有超磁致伸缩薄膜的悬臂梁（以下简称镀膜悬臂梁）在磁场下的静挠曲与谐振频率进行了理论分析与推导，推导出其静挠曲、谐振频率与磁场强度、磁致伸缩系数的关系公式。并得出镀膜悬臂梁静挠曲工作模式与谐振工作模式下磁场测量的灵敏度公式。通过ANSYS有限元仿真软件对一端固定的镀膜悬臂梁进行仿真，其结构尺寸为：长8000μm，宽800μm，超磁致伸缩薄膜厚30μm，衬底悬臂梁厚100μm，得到其静挠曲工作模式下磁场测量的平均灵敏度为0.283μm/(kA/m)，其谐振工作模式下磁场测量的平均灵敏度为4.890Hz/(k A/m)，最大灵敏度为9.500Hz/(kA/m)。
本文利用磁控溅射方法制备镀膜悬臂梁，制备时的工艺参数为溅射气压0.5Pa，基片温度20℃，溅射功率300W，溅射时间25h，并对其进行真空热处理。所得到的镀膜悬臂梁尺寸为：长85mm，宽5mm，衬底悬臂梁厚128μm，超磁致伸缩薄膜厚6μm。对制备完成的镀膜悬臂梁的静挠曲与谐振频率进行实验测量，由于测量时需要将其一端固定，因此实际测量长度为76mm，利用电容法测量其在磁场下的静挠曲与谐振频率。根据测量得到的静挠曲的量，可计算出所制备的超磁致伸缩薄膜的磁致伸缩系数，最后得到镀膜悬臂梁静挠曲工作模式下磁场测量的平均灵敏度为2.010μm/(kA/m)，最高灵敏度为2.818μm/(kA/m)。而测量得到的谐振频率在磁场强度为0(kA/m)至5(kA/m)时，出现了随着磁场强度的增大而下降的现象，这是由于△E效应所导致的。最后得到镀膜悬臂梁谐振工作模式下磁场测量的灵敏度：磁场强度范围在0(kA/m)到5(kA/m)之间的平均灵敏度为0.006Hz/(kA/m)；磁场强度在5(kA/m)以上的平均灵敏度为0.217Hz/(kA/m)。